Часть 4. Системы человек-машина 12 страница

При использовании приведенных в табл. 11.1 антропометрических характеристик необходимо иметь в виду, что эти характеристики представляют собой результаты измерения обнаженного тела. Поэтому фактические размеры должны быть увеличены на высоту каблука (30 мм) и толщину одежды (60 мм).

При проектировании пультов управления следует учитывать ряд специфических инженерно-психологических принципов. Одним из них является принцип активного оператора, идея которого состоит в том, что оператору следует поручать функции, требующие активной деятельности, а не пассивного ожидания «происшествий». Этот принцип реализован, например, при разработке рабочего места оператора в АСУ «Цемент-1»(рис. 11.6).

Общая оценка оператором состояния участков цементного производства облегчается наличием специального линейного светового индикатора («линия спокойствия»), расположенного над мнемосхемой на пульте. Зеленый цвет линии свидетельствует нормальной работе производства. Изменение цвета какой-либо секции индикатора с зеленого на красный сигнализирует о нарушении режима на участке производства, мнемосхема которого соответствует этой секции «линия спокойствия». Этим самым в АСУ «Цемент-1» реализована так называемая система спорадического контроля, предложенная профессором Д. И. Агейкиным. Такая система контроля позволяет оператору при отсутствии сигналов о нарушении режима выборочно проверять состояние различных параметров, наблюдать тенденции их изменения и скорость приближения к границам допустимых значений. Тем самым в АСУ «Цемент-1» реализован принцип активного оператора.

При проектировании пульта управления должен быть реализован также принцип его специализации. Это означает, что пульт должен создаваться как средство деятельности оператора и лишь после того, как будут определены его задачи в СЧМ. Пульт же с заранее заданными свойствами (речь идет не о форме и размерах пульта, а о его «содержании») не может способствовать качественному решению задач оператором. Поэтому глубоко ошибочными являются попытки стандартизации пультов с точки зрения выполняемых с их помощью задач. Принцип построения пульта для каждого конкретного вида деятельности должен быть сугубо индивидуальным, он должен создаваться именно для реализации данной деятельности.

Проектируя пульт управления, необходимо добиться устранения дискомфортной блесткости. Дискомфорт создается высокой яркостью искусственного света, а также бликами и отблесками, возникающими при отражении световых потоков зеркально отражающими поверхностями, попадающими в поле зрения оператора.

Выполнение рассмотренных требований и принципов построения пультов управления позволяет обеспечить оптимальные условия проявления психических и физиологических функций человека-оператора, именно при этих условиях достигается его наивысшая работоспособность.

Оптимальная зона условий труда

Важным вопросом, возникающим при организации рабочего места оператора, является определение оптимальных условий для протекания трудовой деятельности. Соблюдение этих условий способствует лучшему протеканию психологических и физиологических функций. Основные признаки оптимума (оптимальной зоны) заключаются в следующем.

Первый признак оптимальной зоны – наиболее высокого проявления функции работающей системы (двигательной, сенсорной и др.), например наибольшая точность различения, наибольшая скорость реакции и т. д.

Второй признак – длительное сохранение работоспособности системы, т. е. выносливость. При этом имеется в виду функционирование на высшем уровне. Так, если определяется, например, темп подачи информации оператору, то можно обнаружить, что при очень низком или слишком высоком темпе длительность сохранения работоспособности у человека сравнительно невелика. Но можно найти и такой темп передачи информации человеку, при котором он будет продуктивно работать в течение длительного времени.

Третий признак состоит в том, что для оптимальных условий работы характерен наиболее короткий (по сравнению с другими) период врабатываемости, т. е. период перехода включаемой в работу системы человека от состояния покоя к состоянию высокой работоспособности.

Четвертый признак – наибольшая стабильность проявления функции, т. е. наименьшая вариативность результатов работы системы. Так, человек может наиболее точно по амплитуде или времени многократно воспроизводить то или иное движение при работе в оптимальном темпе. С отступлением от этого темпа вариативность движений возрастает.

Пятый признак – соответствие реакций работающей системы человека внешним воздействиям. Если условия, в которых находится система, не оптимальны, то ее реакции могут не соответствовать воздействиям (например, сильный сигнал вызывает слабую, т. е. парадоксальную, реакцию, и наоборот). При оптимальных же условиях система проявляет высокую приспособительность и вместе с тем устойчивость, благодаря чему ее реакции в любой данный момент оказываются соответствующими условиям.

Шестой признак заключается в том, что при оптимальных условиях наблюдается наибольшая согласованность (например, синхронность) в работе компонентов системы.

Конкретные величины, характеризующие признаки оптимальных условий для тех или иных функций, зависят от тренированности операторов, их возрастных, типологических и индивидуальных особенностей. Однако в любом случае создание оптимальных условий обеспечивается правильной организацией рабочего места оператора. Немаловажное значение при этом имеет выбор правильного, физиологически обоснованного для данного вида деятельности рабочего положения (позы).

Рабочая поза определяется условиями трудового процесса. При ее выборе необходимо учитывать: характер работы, размеры рабочей зоны, величину требуемого рабочего усилия (статического и динамического), точность выполняемой операции, объем и темп выполняемых движений. Рекомендуемые параметры табл. 11.3 позволяют выбрать рабочую позу в зависимости от основных условий трудового процесса.

Положение сидя имеет следующие преимущества перед положением стоя. Оператор может выполнить легкую работу руками и тяжелую работу ногами значительно дольше, когда он сидит, чем когда он стоит. При положении сидя тело оператора лучше защищено от воздействий вибраций, толчков, качки, а его руки более свободны для оперирования органами управления. Когда работа оператора связана с перемещением рабочего места или воздействием ускорения, телу оператора необходима определенная поддержка. Это хорошо обеспечивается при положении сидя.

В положении сидя оператор может работать обеими ногами одновременно, диапазон операций управления для каждой ноги шире, чем в положении стоя. Работа сидя менее утомляет человека, требует меньшего статического напряжения (т. е. напряжения неподвижных мышц) за счет создания опоры позвоночному столбу и тазу. Считается, что при прочих равных условиях поза сидя требует примерно на 10% меньше расхода энергии, чем поза стоя.

Положение сидя может стать наилучшим в работе только в том случае, если рабочая зона будет правильно сконструирована. При проектировании рабочих мест следует учесть высоту, ширину, глубину рабочей поверхности (рис. 11.7), предусмотреть место для локтей оператора; пространство для ног должно позволять вытягивать ноги во всю длину. Высота зоны работы руками (рис. 11.7, а) должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы оператор мог удобно видеть, при необходимости опираться на подлокотники и не был вынужден принимать при работе неудобную рабочую позу. Нижняя часть оборудования должна иметь такую конструкцию, чтобы оператор мог свободно сидеть (рис. 11.7, б) и не был вынужден поджимать ноги или сидеть неудобно на сиденье.

Работа оператора за пультом управления в положении сидя обусловливает в ряде случаев уменьшение активных движений, связанных с сокращением и расслаблением мышц (динамическая нагрузка), в связи с чем появляются (хотя и реже, чем в положении стоя) рабочие ситуации, при которых возникает необходимость сохранения мышечного напряжения при неподвижной мышце. Это способствует возникновению статических нагрузок, которые чаще всего наблюдаются в мышцах ног, спины и плечевого пояса.

При статических нагрузках нарушается кровообращение в самой мышце, что резко снижает возможности восстановления ее энергетических ресурсов. Уменьшения статических нагрузок можно добиться за счет выбора наиболее экономного в энергетическом отношении движения, а также за счет уменьшения прикладываемого к органу управления усилия, применения специальных площадок для опоры (подлокотников, ступенек и т. д.).

Важным элементом рабочего места при работе в положении сидя является кресло оператора. Исходя из условий создания максимальной работоспособности, рабочие сиденья операторов должны удовлетворять следующим основным требованиям:

обеспечивать свободное перемещение корпуса и конечностей относительно друг друга в процессе работы;

служить надежной опорой позвоночному столбу и тазу при сохранении их естественного положения;

обеспечивать свободное перемещение сиденья относительно рабочей поверхности с возможностью его фиксации;

иметь ряд регулируемых параметров (высота сиденья, угол наклона спинки, ее высота);

в случае обширной рабочей зоны обеспечивать вращение сиденья.

Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют конструкции рабочих кресел, разработанных во Всесоюзном научно-исследовательском институте технической эстетики (рис. 11.8).

Для некоторых видов операторской деятельности более предпочтительной может оказаться рабочая поза стоя. Краткая характеристика ее сводится к следующему.

Положение стоя обеспечивает большую подвижность. Совершая один шаг (или более) в желательном направлении, оператор может наблюдать за индикаторами и оперировать органами управления, которые недоступны для него в стационарном сидячем положении.

Это положение позволяет оператору совершать управляющие движения с большим усилием и размахом, например перемещения больших рычагов или ручных штурвалов. Рабочая поза стоя имеет практическое преимущество, когда оператор должен перемещать орган управления с большим усилием и на большое расстояние. Рабочее положение стоя особо целесообразно, когда оператор должен свободно передвигаться и когда не предусмотрено специальное пространство для ног.

Уменьшение неблагоприятного воздействия на человека фиксированной рабочей позы (сидя или стоя) может быть достигнуто применением переменной рабочей позы. Конструкция рабочего места, позволяющая оператору сидеть или стоять, дает ему возможность изменять позу по желанию, что уменьшает мышечную усталость.

Проектирование рабочего места должно быть основано на удовлетворении требованиям видимости, достаточной зоны ручного действия и зоны действия педалей в более ограниченном из двух рабочих положений – в сидячем положении, ограничивающем поле зрения и зону ручного действия, и в стоячем положении, ограничивающем зону действия педалей.

Интерьер оперативного пункта управления

Решение задачи организации рабочего места оператора должно пролиться совместно с проектированием внутреннего пространства (интерьера) всего пункта управления. Интерьеры пунктов оперативного управления создаются архитектурными формами и отделкой, цветовым решением и системой освещения, учитывающими особенности работы операторов; устанавливаемыми в пунктах управления техническими средствами и мебелью. Все элементы интерьера должны гармонично сочетаться и преследовать цель оптимизации условий труда операторов.

Внутреннее пространство пункта управления делится обычно на три зоны: рабочую, вспомогательную и отдыха.

Главной функциональной зоной является рабочая. Она ограничивается комплексом функциональных элементов рабочего места оператора. В этой зоне устанавливается пульт с аппаратурой управления, приборами вызова основных технологических параметров, аппаратурой связи с управляемыми объектами; информационные щиты и панели (табло, мнемосхемы, устройства визуальной и звуковой сигнализации и т. п.); различные регистрирующие приборы. Хорошим планировочным решением рабочей зоны является такое, При котором все информационные панели располагаются вдоль одной из стен помещения, а место оператора в плане находится в вершине угла а (не более 90°), образованного линиями, идущими от крайних точек панели. Это обусловлено тем, что при рассмотрении показаний приборов сбоку допустимый угол обзора составляет 45° к нормали панели; при больших углах получаются значительные искажения (рис. 11.9). При необходимости размещения приборов в зоне, превышающей 90°, информационные панели могут размещаться так, как показано на рис. 11.9, б. Возможное планировочное решение рабочей зоны пункта управления, на котором работают несколько операторов, показано на рис. 11.9, в. Размер и площадь рабочей зоны зависят от общей протяженности информационных панелей и щитов, выполняемых с учетом инженерно-психологических требований (допустимый обзор, оптимальная дистанция наблюдения и т. п.).

Вспомогательная зона необходима для обслуживания оперативных щитов и панелей информации. В ней могут быть расположены также блоки неоперативной информации. Вспомогательная зона охватывает пространство, непосредственно прилегающее к обратной стороне оперативных щитов и панелей и необходимое для работ по наладке и контролю приборов и аппаратуры. Площадь этой зоны определяется требованиями технологии и с учетом проходов, обеспечивающих удобный подход к обратной стороне оперативных щитов, обслуживание установленных на щите приборов и других элементов.

Зона отдыха предназначена для психологической переадаптации оператора в процессе кратковременного отдыха и должна располагаться внутри пункта управления таким образом, чтобы из нее можно было наблюдать за появлением сигналов на мнемосхеме, оперативных щитах и пультах управления

Из этого назначения вытекает двойственный характер зоны отдыха. Во-первых, она обеспечивает кратковременный отдых персонала пункта управления. Для этого она оборудуется функциональной мебелью, форма и стиль которой коренным образом отличаются от рациональной формы элементов рабочей зоны. Во-вторых, уменьшение психофизиологического напряжения, возникающее у оператора в процессе трудовой деятельности, уменьшение зрительного и нервного утомления и повышение тем самым эффективности его труда. В связи с этим композиция зоны отдыха должна быть построена принципиально на другой основе, чем композиция рабочей зоны. Вид их контраста зависит от характера работы оператора. При более спокойной работе (обеспечивается автоматическое управление) контраст между этими зонами также может быть спокойным. Если же у оператора режим работы напряженный и времени для кратковременного отдыха остаётся мало, контраст должен быть более резким.

Важными элементами зоны отдыха в любом случае являются живые уголки природы, связывающие персонал пункта управления с внешним пространством, обеспечивающие более близкий контакт с природой и способствующие более интенсивному отдыху нервной системы и зрительного анализатора (рис. 11,10).

Для возможности размещения и установки основного (рабочего) вспомогательного оборудования в соответствии с рациональной планировкой, для устранения образования теней, предотвращения скопления пыли и обеспечения легкости уборки, а также в соответствии с требованием создания наиболее красивого общего вида помещения его потолок и стены должны быть гладкими, без выступающих строительных конструкций. Полы пункта управления рекомендуется настилать материалами светлого цвета, так как они отражают свет, что весьма важно при напряженной зрительной работе. Полы рекомендуется выполнять в одной цветовой гамме с цветом стен. Пример интерьера операторского помещения, выполненного в соответствии с рассмотренными рекомендациями, приведен на рис. 11.11.

При создании цвето-световой среды в интерьере учитывают эмоционально-физиологическое воздействие цвета и света и их функционально-эстетическую роль в организации пространства. Не останавливаясь подробно на этом вопросе, отметим лишь основные требования, которыми следует руководствоваться при проектировании интерьера пункта управления.

На рабочих местах предусматривается общее и местное освещение; уровень освещенности на всех рабочих поверхностях, наблюдаемых оператором, должен быть не менее 300 лк с коэффициентом неравномерности не более 0,5.

Для борьбы с монотонностью работы оператора в помещении пункта управления желательно предусмотреть динамическое (изменяющееся во времени) освещение. Для этого светильники общего и местного освещения должны иметь плавную (ручную или автоматическую) регулировку силы света, обеспечивающую возможность снижения освещенности рабочих поверхностей до 30 лк.

Размещение светильников должно исключать возможность засветки экранов электроннолучевых трубок, светящихся планшетов и Других индикаторов, работающих по принципу обратного контраста. Поэтому светильники по возможности следует прятать в углубления потолка, стремясь использовать отраженный рассеянный свет. С их помощью нередко решается и композиция потолка. В случае подвесных светильников их снабжают колпаками, рассеивающими свет и защищающими глаза оператора от прямого попадания света. При этом нужно стремиться к извлечению максимума декоративного эффекта.

В согласовании конструктивных особенностей рабочих мест с характеристиками человека важную роль играет техническая эстетика. Художественная форма технических объектов является продуктом совместной работы инженера, психолога и художника. Выразительными средствами технической эстетики являются: художественная форма, функциональный цвет и свет, пространственная композиция.

Этими средствами можно повлиять на деятельность оператора и повысить ее эффективность, выявить функции тех или иных элементов аппаратуры, привлечь к ним внимание оператора, облегчить операции приема и переработки информации, улучшить концентрацию и переключение внимания, повысить скорость восприятия и экономичность управляющих действий, улучшить их пластику координацию, нейтрализовать ощущение жары или холода, снять монотонность или напряженность работы. Организация рабочего места оператора с учетом описанных требований способствует повышению эффективности его работы, а значит, и всей системы «человек – машина».

Принцип проектирования систем «человек-машина»

Возникновение и структура инженерно-психологического проектирования

История развития техники в зависимости от способа учета человеческого фактора при проектировании, взглядов на место человека в проектируемой системе знает два различных подхода к проектированию.

Первый подход связан с развитием традиционного технического проектирования. Оно заключается в разработке отдельно взятых изолированных технических устройств без учета их взаимной связи. Стыковка, взаимное согласование этих устройств осуществляется только на этапе испытаний или же при их эксплуатации. Особенности работы человека учитываются в ходе проектирования лишь интуитивно, специальных научно обоснованных принципов и методов учета человеческого фактора при проектировании не существовало. Такой подход был возможен, пока техника была сравнительно проста и не представляла сколько-нибудь серьезных требований к управляющему и обслуживающему персоналу. Хронологически в явной форме он существовал до середины 40-х годов.

На смену ему пришел новый подход, связанный с системотехническим проектированием. При этом подходе объектом проектирования являются не отдельные устройства, а единая техническая система с учетом всех взаимосвязей и взаимного влияния отдельных устройств друг на друга. Особенностью системотехнического проектирования является то, что в нем специально был поставлен вопрос об учете человеческого фактора. Объектом проектирования при системотехническом подходе является не просто техническая система, а единый комплекс «человек – машина». Человек рассматривается как одна из неотъемлемых составных частей этого комплекса, а при его создании проектируется не только работа технических устройств, но и деятельность человека.

Другими словами, на основании всех достижений науки, техники и практики решается проблема взаимодействия человека и техники с целью повышения эффективности единой системы «человек – машина».

Проектирование системы при таком подходе состоит из трех основных частей: технического, художественного и инженерно-психологического. Техническое проектирование заключается в разработке технической части системы, оно охарактеризовано выше. Художественное проектирование необходимо для обеспечения требуемых потребительских свойств системы: красоты, привлекательности и др. Оно предполагает учет свойств эмоционально-мотивационной сферы человека, создание у него определенного эстетического отношения к продукту проектирования.

Инженерно-психологическое проектирование (ИПП) заключается в решении всех вопросов, связанных с включением человека в проектируемую систему. Одной из его основных задач является создание проекта деятельности человека аналогично тому, как задачей технического проектирования является создание проекта технической части системы. Однако только этим не ограничиваются задачи ИПП. Кроме создания проекта деятельности человека в его задачи входят согласование, стыковка технического и «человеческого» проектов и создание на основе этого обобщенного проекта системы «человек – машина».

Необходимо особо подчеркнуть значение последней задачи, ибо в ряде источников сущность ИПП определяется лишь как создание проекта деятельности человека без последующего учета влияния этой деятельности на характеристики системы в целом, без оценки того, насколько хорошо этот проект впишется в систему в целом. При этом происходит нарушение принципа системности, а само проектирование в такой постановке противоречит системному подходу, поскольку проект деятельности человека создается в отрыве от проекта системы в целом.

Возможная структура инженерно-психологического проектирования на примере системы «человек – машина» управляющего типа представлена на рис. 14.1 и в табл. 14.1.

Проектирование начинается с анализа задач, которые должна решать система. Для этого проводится анализ статических и динамических характеристик объекта управления, анализ возможных потоков циркулирующей в системе информации, в общих чертах оцениваются возможности человека и техники по решению стоящих перед системой задач.

Следующим этапом является распределение функций между человеком и техникой по решению этих задач. Распределение функций ведется с учетом преимущественных возможностей человека и техники по отношению друг к другу и в целях оптимизации некоторого выбранного критерия эффективности системы, который, может быть как частным, так и общим. При оптимизации по частному критерию следует иметь в виду, что система, оптимальная с точки зрения одного критерия, может быть неоптимальной с точки зрения другого. Поэтому более целесообразным является оптимизация по обобщенному критерию при наложении целого ряда ограничивающих условий на частные критерии. Такая задача решается методами математического программирования (линейного, динамического, выпуклого и др.).

После того как определены исполнители (человек или техника) для каждой из задач, проводится проектирование групповой деятельности – распределение функций между отдельными операторами. При решении этой задачи нужно стремиться к максимально возможному упрощению структуры группы и связей между операторами. Однако при этом всегда нужно иметь в виду, что упрощение структуры группы, в ряде случаев может привести к недопустимой информационной перегрузке отдельных операторов. Это следует исключить в процессе проектирования. В итоге на этом этапе должны быть решены следующие задачи: определены типы и количество рабочих мест, решаемые на каждом из них задачи, необходимые информационные связи между отдельными операторами.

После этого следует собственно проектирование деятельности оператора. Этот этап ИПП условно можно разделить на две фазы: проектирование внутренних средств деятельности оператора и проектирование технических средств его деятельности.

Необходимо отметить, что рассмотрение этого этапа ИПП в виде двух отдельных фаз является чисто условным. Фактически между ними невозможно провести четкую границу, они в значительной степени взаимосвязаны между собой и решаются одновременно, параллельно, но все же с определенным опережением первой фазы по сравнению со второй.

Необходимость решения первой задачи определяет принципиальное отличие системного подхода от традиционного технического проектирования. В результате ее решения определяются структура и алгоритмы деятельности оператора в различных режимах работы СЧМ, способы выполнения этой деятельности, требования к психофизиологическим характеристикам человека (объему памяти и внимания, скорости реакции, эмоциональной устойчивости и др.), производится проверка выполнения предельно допустимых норм деятельности оператора. Вторая задача заключается в проектировании технических средств, с которыми взаимодействует оператор в процессе работы. При этом осуществляется разработка средств отображения информации, органов управления, производится общая компоновка рабочего места.

Последний этап проектирования – инженерно-психологическая оценка проекта и сравнение полученных результатов с требуемым техническим заданием на систему. Оценке подлежат основные характеристики СЧМ (надежность, быстродействие, стоимость и др.) условия работы оперативного и обслуживающего персонала, конструкция системы и особенности организации рабочих мест операторов и целый ряд других вопросов, более подробно рассмотренных в следующей главе. В случае несоответствия каких-либо характеристик требуемым разработанный проект уточняется, пока не будет получен приемлемый результат.

Инженерно-психологическое проектирование представляет собой циклический процесс. Цикличность ИПП заключается в необходимости решения всех перечисленных задач на каждой из стадий проектирования (при разработке технического задания и предложения, на стадиях эскизного, технического и рабочего проектирования, при различного рода испытаниях и т. д.). При этом на каждой последующей стадии разработанный проект уточняется и улучшается. Следовательно, в ходе проектирования осуществляется последовательная оптимизация проекта СЧМ. Если на начальных стадиях большинство задач проектирования решается приближенно, в основном лишь на качественном уровне, то на последующих стадиях эти же задачи решаются с большей точностью.

Из сказанного следует, что все задачи в той или иной степени решаются на каждой из стадий проектирования. Однако уровень проработки и решения этих задач на каждой из стадий проектирования может быть различным. Одни задачи могут решаться в общем виде, другие – детально, третьи уточняются после решения их на предыдущем этапе. Уровень и методы решения отдельных задач на различных стадиях проектирования, а также на этапах испытаний и эксплуатации приведены в табл. 14.2

Содержание работ по учету человеческого фактора на различных стадиях проектирования

В соответствии с принципами и структурой ИПП, рассмотренными в предыдущем параграфе, любая из задач по учету человеческого фактора в той или иной степени должна решаться на каждой из стадий проектирования систем «человек – машина». Поэтому представляется целесообразным более подробно раскрыть содержание работ по учету человеческого фактора на различных стадиях проектирования.

Основными вопросами учета человеческого фактора, подлежащими согласованию в ТЗ, являются: эксплуатационная надежность системы в различных режимах с учетом работы операторов; количество и функции операторов, предполагаемый уровень их подготовки и сроки обучения, условия их работы; принципы построения, тип и требования к техническим средствам подготовки операторов (тренажерам); порядок испытаний и оценки соответствия выполненных работ по учету человеческого фактора требованиям ТЗ.

Методы выполнения этих работ могут быть различными: изучение и анализ документов, обосновывающих необходимость разработки системы; изучение характеристик объекта управления; изучение прототипа (если такой имеется); изучение и анализ результатов опроса и анкетирования лиц, эксплуатирующих аналогичную технику. Для решения перечисленных задач могут использоваться также методы экспертных оценок и математического моделирования. На этой стадии проводится также калькуляция средств, необходимых для обеспечения комплекса работ по учету человеческого фактора.

Дата добавления: 2014-12-29